一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法技术

本发明专利技术提出了一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，属于电机控制技术领域。所述控制方法首先将弱磁控制器中电压给定值设定为2U

A flux weakening control method of induction motor based on optimized six beat operation

【技术实现步骤摘要】
一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法
本专利技术涉及一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，属于电机控制

技术介绍
随着矢量控制在交流电机调速系统领域的广泛应用和不断发展，交流电机无论在驱动能力、动态响应或是调速范围与精度等方面都得到显著提高，也因此逐渐代替直流调速系统而被应用于包括家用电器、电梯曳引、汽车机床等各类工业应用场合。而同时，尤其是高性能的工业控制场合，如电动汽车、数控机床主轴驱动以及电力机车等领域对高精度高效率高质量的要求促使电机驱动变频调速系统朝着高速化方向发展。在电动汽车领域，面对复杂的道路交通状况，电动汽车的驱动需要具有运行于多种工况下的能力。在中/高速区域能够实现平稳高速行驶，以满足人们对于舒适安全性的需求。在数控机床用主轴驱动系统中，作为核心部件，主轴驱动控制性能的优劣直接决定了数控机床的整体水平。采用直驱方式能够达到高效率、高精度和高可靠性的要求，这也就使得驱动电机逐渐向着高速化方向发展。同样的，在大功率传动场合如电力机车领域，列车运行的高速化对电机车牵引传动系统的要求除了在高转速下的稳定运行，还包括始终能够输出最大转矩以克服列车高速运行过程中的巨大阻力。高性能控制场合对电机调速提出的要求包括：调速范围宽(尤其是高速区)，高速稳定运行能力，最大转矩输出能力，充分利用有限的电压电流资源，高动态响应等。但是传统交流电机高速化驱动存在以下两个问题：1、传统地采用SVPWM调制方法只能使三相相电压输出幅值达到直流母线电压的而SVPWM模块能够输出的最大基波电压幅值为直流母线电压的2/π，这就说明了传统方法中存在对直流母线电压资源的浪费。2、若采用过调制技术对逆变器输出电压进行极限拓展，电流畸变不可避免，不得不使用滤波器进行滤波，而传统滤波器会导致电流带宽减小，对整个系统的控制性能产生影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决电机定子电压的非线性拓展造成谐波增大，并造成系统性能变差的问题，同时针对传统滤波器会减小电流环带宽的问题，提出了一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法。本专利技术所述的一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，使用于感应电机系统处于高速弱磁运行状态下，所采取的技术方案如下：一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，所述控制方法包括：第一步、将弱磁控制器中的电压给定值设定为2Udc/π以保证系统可达到六拍运行模式，并基于广义二阶积分器搭建反馈电流谐振滤波器；第二步、利用所述反馈电流谐振滤波器对带有六次谐波的反馈电流进行滤波处理并与电流给定值做差后利用复矢量电流调节器产生指令电压；步骤三：步骤二所述复矢量电流调节器产生的指令电压一方面进入SVPWM调制模块产生逆变器触发脉冲，另一方面根据电压约束方程作为弱磁一区控制器的反馈信号完成弱磁控制；步骤四、根据步骤三中所述弱磁控制过程中，弱磁控制器产生的励磁电流分量给定isd，ref，再根据电流约束产生转矩电流分量给定isq，ref；其中，isd，ref和isq，ref分别表示定子d轴和q轴给定电流；步骤五：随着转速继续升高，为满足最大转差率限制，将复矢量电流调节器输出的d轴指令电压作为弱磁二区控制器反馈信号，并且dq轴指令电压之间满足u*sd、u*sq分别为dq轴指令电压，直至到达给定转速。进一步地，步骤一所述基于广义二阶积分器搭建反馈电流谐振滤波器的过程包括：将谐振频率ωh设置为ω*c与6·ωe之间的较大值，即：如ω*c与6·ωe之间的较大值为ω*c，则将谐振频率ωh设置为ω*c，如ω*c与6·ωe之间的较大值为6·ωe，则将谐振频率ωh设置为6·ωe，其中，ω*c为电流环带宽的设计值，ωe为瞬时同步角频率，并且在基速区内6·ωe<ω*c，滤波器谐振频率ωh＝ω*c，电机定子电压为标准正弦波，反馈定子电流中无六次谐波，谐振滤波器不起作用。进一步地，步骤二所述产生指令电压的过程为：所述控制方法的详细过程包括：随转速升高，当感应电机进入弱磁区时，开始对感应电机进行弱磁控制；根据此时逆变器在弱磁区输出六拍电压并造成电机定子电流中产生大量的六次谐波时，弱磁区内六次谐波频率频率6·ωe>ω*c的特性，设定谐振滤波器的谐振频率ωh＝6·ωe；将所述六次谐波通过谐振滤波器进行削弱处理获得只有基波电流分量的电流信号，将所述基波电流分量输入至电流闭环控制器中，与电流给定值作差后进入复矢量电流调节器产生指令电压。其中，谐振滤波器谐振频率选取方式使得该滤波器在全速域范围内不影响电流环带宽；同时在谐振滤波器作用下电流调节器输出指令电压u*sdq在同步旋转坐标系内不存在6次谐波，在两相静止坐标内不存在5次、7次谐波，保证六拍运行下提升弱磁区输出转矩的同时控制模块(电流调节器与电压调节器)不受谐波干扰。本专利技术有益效果：本专利技术提出的一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法能在感应电机处于弱磁区六拍运行的同时，实现控制器中无谐波运行并保持电流带宽不受影响，实现了感应电机弱磁区稳定的六拍运行，提升了弱磁区最大转矩并优化了动静态性能。本专利技术提出的一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法通过对弱磁控制器与电流闭环进行有效的改进设计，实现了在控制模块不受影响的情况下提升最大转矩。并且根据电流环的特点，设计出了不影响电流环带宽的反馈电流滤波器，保证电流环动态性能。附图说明图1：基于电压闭环的传统感应电机弱磁控制系统框图；图2：感应电机最大转矩输出电压电流轨迹；图3：过调制一区定子电压矢量轨迹；图4：过调制一区定子相电压空间矢量轨迹与时域波形对应图；图5：过调制二区定子电压矢量轨迹；图6：过调制二区定子相电压空间矢量轨迹与时域波形对应图；图7：基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制系统框图；图8：基于广义二阶积分器(SOGI)的反馈电流谐振滤波器框图；图9：反馈电流谐振滤波器bode图；图10：所专利技术方法与传统方法在三倍基速阶跃加速过程的对比实验结果，其中，(a)为传统内切圆方法实验结果图，(b)为本专利技术所述方法的实验结果图；图11：所专利技术方法在1、2、3、4倍基速下输出转矩情况；图12：所专利技术方法在1、2、3、4倍基速下的稳态转矩频谱，其中，(a)为1倍基速下稳态转矩频谱图，(b)为2倍基速下稳态转矩频谱图，(c)为3倍基速下稳态转矩频谱图，(d)为4倍基速下稳态转矩频谱图；图13：传统方法与所专利技术方法在0％、20％、40％、60％负载下转速、转矩电流、相电流情况及相电流THD情况，其中，(a)为传统内切圆方法的情况波形图，(b)为本专利技术所述方法的情况波形图，(c)为不同负载下本专利技术方法中相电流波形总畸变率；图14：滤波前后的反馈电流及其频谱，其中，(a)为无谐波滤波器反馈电流及其频谱，(b)为经过本专利技术所述谐波滤波器后的反馈电流及其频谱；图15：有无反馈电流谐振滤波器情况下的电流调节器输出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：/n第一步、将弱磁控制器中的电压给定值设定为2U

【技术特征摘要】
1.一种基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
第一步、将弱磁控制器中的电压给定值设定为2Udc/π，并基于广义二阶积分器搭建反馈电流谐振滤波器；
第二步、利用所述反馈电流谐振滤波器对带有六次谐波的反馈电流进行滤波处理并与电流给定值做差后利用复矢量电流调节器产生指令电压；
步骤三：步骤二所述复矢量电流调节器产生的指令电压一方面进入SVPWM调制模块产生逆变器触发脉冲，另一方面根据电压约束方程作为弱磁一区控制器的反馈信号完成弱磁控制；
步骤四、根据步骤三中所述弱磁控制过程中，弱磁控制器产生的励磁电流分量给定isd，ref，再根据电流约束产生转矩电流分量给定isq，ref；其中，isd，ref和isq，ref分别表示定子d轴和q轴给定电流；
步骤五：随着转速继续升高，将复矢量电流调节器输出的d轴指令电压作为弱磁二区控制器反馈信号，并且dq轴指令电压之间满足u*sd、u*sq分别为dq轴指令电压，直至到达给定转速。


2.根据权利要求1所述基于优化六拍运行的感应电机弱磁控制方法，其特征在于，步骤一所述基于广义二阶积...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泳，张旭，王勃，张静，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，中达电通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23